碳中和|清洁能源产业的发展趋势和新兴机遇

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引言:碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量,实现正负抵消,达到相对“零排放”。目前已有120多个国家承诺“碳中和”。

当前,全球正处于从高碳向低碳及净零碳转型的重要历史时期,围绕碳中和将开启一轮新技术和新产业的竞赛。碳中和在推动绿色经济复苏的同时,将促进包括能源、制造、科技、消费等众多行业的价值链重构。就当前全球形势看,实现清洁低碳发展既是当前发展的迫切需要,也是未来的必然要求。

2020年9月22日,中国政府在第七十五届联合国大会上提出:“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”我国对清洁能源发展高度重视,投资额连续多年位居全球第一,水电、风电、光伏发电装机容量稳居全球首位。碳中和承诺,无疑将为清洁能源产业注入长期发展动力,并带来围绕清洁能源的各种新兴机遇。

一、太阳能产业

中国太阳能产业规模位居世界第一,中国是太阳能热水器生产和应用大国,也是重要的太阳能光伏电池生产国。

太阳能光伏电池包括晶体硅电池和薄膜电池两类,晶体硅电池占据绝大部分市场份额,占比超过90%。中国光伏发电产业链条较为成熟,全球市场地位突出,2019年中国硅料、硅片、电池和组件产量分别达到34.3万吨、135GW、110GW和100GW,全球占比分别达到66.9%、97.8%、82.7%、76.9%。

薄膜电池为近些年发展起来的技术,市场占比较小。随着新一代产品成本大幅下降,碲化镉电池出货量有望迎来高速成长期,2019年First Solar公司组件产量大幅增长到5.7GW。铜铟镓硒薄膜电池转换效率提升较快,国内己有汉能、中建材、国家能源集团等企业布局薄膜电池产业化项目。

太阳能与建筑结合相关产业不断拓展。随着中高温太阳能热水器的开发,太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水,正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展。太阳能与建筑一体化技术日益完善,主、被动太阳房,太阳能热发电和太阳能制冷等技术快速发展,已形成不同规模的产业链。


二、风力发电产业

近年来,中国风电连续多年新增装机居全球首位,成为全球第一风电大国。风电超越核电,成为仅次于火电、水电的中国第三大主力电源。

中国已成为全球最大的风电零部件制造供应链基地。就国内来看,中国风电起步于“三北”地区,经历“建设大基地、融入大电网”的快速发展。目前,陆上风电受限于风资源和电力需求区域错配的问题,“三北”等风电资源区存在一定的消纳问题和弃风现象。

在风电资源区之外,中国在国际上创新发展出低速风电产业,低风速开发引领世界风电向着更长叶片、更高塔筒、定制化设计、全生命周期的方向发展。中国中东部和南部地区可开发低风速风资源达10亿千瓦,目前开发量不到两成,未来拓展空间巨大。近年来,开发低风速风资源的分散式风电项目布局加速。

海上风电是风力发电的重要领域,是推动风电技术进步和产业升级的重要力量。海上风电与陆上风电相比,具有距离负荷中心近、风机利用效率高、不占土地资源等优势。截至2019年底,全球海上风电累计装机容量27.2GW,比2018年增长24%;全球已投运海上风电场共146个,其中英国海上风电累计装机容量9.7GW。

近年来,山东、江浙、福建、广东等中东部沿海经济发达、负荷集中地区,海上风电市场得到快速发展。大功率风机已成为海上风电未来的发展方向,运输吊装运维设备和船舶进一步专业化,带动了新的风电产业链发展。


三、氢能源产业

氢能源发展仍处于商业化初期,随着技术突破和规模化应用,氢能全产业链有望迎来发展爆发期。日本是氢能产业技术的掌握者,专利第一,三菱、松下、丰田等具有全产业链布局的综合优势。

据预测,到2050年世界能源迈入天然气、石油、煤炭和新能源“四分天下”时代,氢能约占18%,创造年均2.5万亿美元的市值,未来10-20年全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。未来备用电源、船舶、有轨电车及分布式发电等场景丰富,相关产业领域有望掀起产业新浪潮。日本正在加速涡轮氢气发电机、氢燃料电池商用车、氢能冶金的开发与应用。

氨气可能成为未来氢气大规模运输的重要载体,氨燃料产业已受到世界多个国家的关注,欧洲、日本、韩国、中国都已开展氨燃料船舶研发。日本经济产业省日本高度重视氨燃料产业链布局,打造涵盖船舶建造、设备研制、燃料加注的全产业链;计划到2030年用氨与煤炭混烧,替代日本燃煤发电站20%的煤炭供应,最终目标是建设氨气发电厂,作为新的低碳电力结构的一部分。


四、核能产业

核电主要有核裂变发电和核聚变发电两种路径,核聚变发电尚处于前期研究,核裂变发电技术不断成熟,目前已发展到第三代核电技术,核电技术的发展趋势是安全水平更加卓越、经济性更好、核燃料利用率更高、废物产生量更少。

近年来,国内外核能综合利用相关技术快速发展,小型堆作为一种新兴机组逐渐引起各国关注。小型核电能够满足直接面向用户的分布式能源系统在供电、城市供热、工业供汽和海水淡化、同位素生产等各种领域的应用需求。

过去20多年,为适应全球能源低碳化大趋势,各核能大国努力扩大核能应用范围,多用途核电小堆开发逐渐成为发展重点。比尔·盖茨创办的核能企业TerraPower,计划建造小型先进的核电站,以补充由太阳能和风能等间歇性能源供应的电网。在国内,国家电投在齐齐哈尔市推动核能供热小堆落地,打造东北地区冬季取暖“无煤化、零碳化”典范。

随着人类技术的不断进步,特别是在超导材料、量子计算机等一些先进技术的带动之下,未来可控核聚变技术有可能成为现实,到时核聚变电站将可以为人类带来非常丰富的能源。2021年4月,中国“人造太阳”工程实现核聚变达到一分钟燃烧,对于可控核聚变发展具有里程碑的意义。


五、地热能产业

地热能作为新能源中的优势能源之一,再次进入经济发展的主流趋势,而其利用模式,也由市场经济初期的地热温泉利用,逐步向能源为主的利用模式转型,使可贵的地热资源得到充分、高效的利用。

进行大型集中供暖是地热能供暖发展的必然趋势。地热能集中供暖,能提升对能源本身的高效利用,降低小片区应用造成的能源损耗。冷热站将深层的地热井供暖与浅层地源热泵制冷结合起来,不仅可以集中供暖,也可以集中制冷,不仅提高了生活的舒适度,也极大地提高能效。

地热发电是地热能利用的高级形式,是一种新能源整体实力的体现,2019年全球地热发电累计装机容量增长至13.93GW。目前的地热发电,依旧受资源条件和开发水平的限制,我国能够进行高温地热发电的浅层区域并不多,而更多的地热能蕴藏在几千米深处的干热岩中,储量很大,开采成本较高。


六、生物质能产业

生物质是一种碳中性能源,它在生长过程中吸收二氧化碳,然后在燃烧过程中重新释放到大气中,达到二氧化碳排放净平衡。生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。

生物质能综合利用模式包括发电、供热、制气、制油、制生物质碳等,工业文明所需的所有能源商品,生物质能均可提供。从全世界可再生能源利用来看,生物质能源终端使用占比超过了50%,尤其是在欧洲生物质能源在新能源中的比重超过60%,远远超过风能、太阳能。

生物质发电可分为直接燃烧发电、混合燃烧发电、垃圾发电、沼气发电和气化发电。中国生物质能发展主要以发电利用为主,非电利用为辅。在县域、农村地区,利用秸秆、畜禽粪污和有机生活垃圾,通过生物质热电联产、厌氧发酵生产沼气及生物天然气,可很好地解决县域、农村清洁供暖难题。


七、分布式储能

储能是将电能转化为其他形式的能量储存起,分布式储能是指分布在用户侧的储能系统,与分布式发电系统共同构成分布式能源网络。随着我国大力推动“新基建”的建设,通信系统、商业园区、工业厂房、社区住宅、海岛、偏远地区等场景对稳定供电的需求增大,分布式储能拥有巨大的市场蓝海。

截至2020年3月底,全球已投运电力储能项目的累计装机规模达184.7GW,同比增长1.9%。其中抽水蓄能项目主要用于发电侧储能,一般由电力公司投资用于削峰填谷稳定电力供应,已投运抽水蓄能项目占比达92.6%。

分布式储能系统依赖的设备、解决方案,主要有各类储能设备以及智能微电网系统,其中未来市场前景较大的主要有燃料电池、固态电池、超级电容器、液流电池等。目前,主要细分领域普遍面临技术不成熟、成本高昂难以大规模商业化推广、产业生态缺失等问题,制约了行业的发展,也为创新创业发展提供了巨大的想象空间。


八、智慧能源管理

随着清洁能源和新能源在能源增量中的比重逐步增大,多能互补、协调发展将有助于提高新能源和清洁能源的使用量和消纳水平。未来风电、光伏等行业将进一步融入大数据、云计算等新一代信息技术,智能化和信息化将成为新能源行业的重要发展趋势。

能源互联网以智能电网为核心、可再生能源为基础、互联网为纽带,通过能源与信息高度融合,将分布式发电、储能系统、负荷等组成众多的微型能源网络。能源互联网将颠覆现有的能源格局与能源体系,也催生新兴商业模式和机遇的不断涌现,包括燃气分布式、光伏分布式、增量配电网、电动汽车及需求侧管理等。

在智慧能源管理领域,已涌现出不少成功的企业。例如远景智能构建的能源物联操作系统EnOS,目前连接协同全球超过100GW的能源终端与5000万智能设备。远景智能可以为智慧新能源、智慧工厂、综合能源管理、智慧出行、智慧城市等领域提供解决方案和智能产品,通过智能软件解决方案与服务智慧赋能发电、楼宇、园区、交通、城市等多个场景,推动从电力生产侧到消费侧的协同成本降低。



小结


综上分析,在碳中和的引领下,清洁能源将成为一个确定性强、长期的、广泛的产业机遇,呈现出多样化的产业发展机会,包括成熟技术的产能扩张、成果产业化项目落地、清洁能源运营项目、新的技术方向研发等。在清洁能源产业链上抢占先机固然重要,但更重要的是切准产业技术的发展方向,做长远的谋划,把握好发展节奏。



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